[이인규 · ㈜글로벌스마트팜연구소 대표] 현재 스마트팜 기술이 고도화되고 있다해도 스마트팜에서 생산된 농산물의 생산원가는 좀처럼 낮아지질 않는다. 그 이유는 스마트팜의 난방 에너지원은 등유나 경유와 같은 화석원료 기반이기 때문이다. 

최근 우크라이나 전쟁으로 시설농업 난방보일러 원료인 면세유(등유) 가격 폭등으로 난방비가 생산원에서 차지하는 비중이 30~40%에서 50%를 훨씬 윗도는 상황이 되었다. 면세유를 대체하는 에너지원이 농업용 전기보일러였으나 이마저도 가격 상승으로 농가들의 난방비 부담이 가파르게 증가하고 있는 상황이다.

이를 극복하기 위해서는 지열, 공기열, 폐열 등을 활용한 냉난방 시스템이 대안이지만, 경제성 및 열원이 확보된 지역에서만 가능하기에 역시 한계가 있다. 또한 이 열회수 시스템을 가동하기 위해서는 일정수준의 전기 공급이 필요하기에 전력공급망을 갖추지 못하는 지역에서는 도입에 어려움도 따르게 된다. 이러한 문제를 해결하기 위해서는 전기도 자체 생산하고 열원도 확보될 수 있는 100% 에너지 자립형 스마트팜이 요구된다.  

▲  이인규 대표(글로벌스마트팜연구소)가 평택 소재 딸기 스마트팜에서 온실 주요설비와 기술에 대해 설명을 하고 있다

이를 위해서는 하나의 대안이 외부의 에너지 투입없이 수소를 생산하고, 부산물로 생산되는 열을 스마트팜의 냉난방 열원으로 활용하는 것이다. 가령, 알루미늄 수분해를 통해 수소를 생산하고, 이 수소를 이용 전기를 생산하고, 이 과정에서 발생하는 열을 활용한다면 그야말로 100% 에너지 자립형 스마트팜 건립이 가능하게 될 것이다.

최근 다양한 수소 생산기술에 대한 연구가 이뤄지고 있지만, 그중 가장 널리 상용화되고 수소 생산원가가 저렴하다고 평가되는 LNG 개질 수소에 대한 비판적인 시각이 수면위에 드러나고 있다. LNG 개질 수소가 또다른 이산화탄소 발생의 주범이라는 시각때문이다. 이를 극복하기 위해 그린수소를 만들어내는 다양한 기술들이 연구되고 있다. 

전기분해, 저온열분해, 광촉매, 알루미늄 산화반응 등 여러기술이 있지만, 여기서 언급하는 기술은 알루미늄 산화반응을 활용한 수소 생산기술이다. 알루미늄의 산화반응을 활용해 수소를 생성하는 공정이기 때문에 전기나 기타 에너지가 전혀 투입되지 않는 가장 안전하다고 평가되는 수소 생산기술이다. 

▲ 수소제조 화학반응구조

간략한 반응식을 살펴보면 다음과 같다. 

Al + NaOH + 3H2O ↔ NaAl(OH)4 + 3H2

다시 NaOH환원, Na 제거후 수산화알루미늄으로 변환시칸다. 

9톤의 알루미늄 투입반응 시킬시, 1톤의 그린수소와 55MW의 열에너지가 생산된다. 즉, 1일 1톤의 그린수소를 생산하면 22.5MW의 전기와 55MW의 열에너지 생산이 가능하게 된다. 이는 우리나라에 같은 온대지방에서의 약 8,000평의 첨단유리온실에서 토마토또는 파프리카를 재배할 수 있는 열에너지에 해당된다. 참고로, 수소1kg는 수소차가 약100km를 달릴 수 있는 에너지량이다. 

그리고 알루미늄 9톤으로 수소1톤 생산시, 환경오염없이 동시에 약26톤의 소재부산물을 생산할 수 있다.부산물은 수산화알루미늄(Al(OH)3)가 1차로 나오는데, 이것을 각분야의 기초산업소재로 사용하게된다. 이것을 2차정제하여 소성하면 나노급 고순도미세알루미나(Al2O3)가 약17톤으로 변하게 된다. 이것은 Battery 소재, micro-LED wafer, TV Display, IT device display, 광학렌즈, 반도체, 2차 전지, 의약, 화학, 우주항공, 건축소재 등 각분야 첨단산업용 소재로서 쓰여지고 있다. 그리고 최초의 알루미늄으로 다시 회수하여 무한 반복적인 수소생산 원료로서 재사용도 가능하다. 

부산물로 생산되는 수산화알루미늄을 각종 첨단산업용 소재로 판매하기에 결국 생산되는 수소의 생산원가는 0(제로)에 수렴하게 되는 셈이다. 그리고, 동시에 열에너지를 활용하여 스마트팜 운영을 하게 되기에 면세유 보일러 또는 농업용 전기보일러를 사용하는 기존 스마트팜 신선채소의 생산원가중 50% 이상 차지하는 에너지비용을 극적으로 절감하게 되어 수익성 향상은 물론 “탄소배출 제로”의 친환경 스마트팜이 가능하게 되는것이다.

최근 많은 청년들이 농업에 유입되고 있고 정부에서는 대규모 임대형 스마트팜을 조성해서 이들에게 임대로 해주어 성공적으로 농업인으로써 정착할 수 있도록 제도적으로 뒷받침하고자 하는 노력을 하고있다. 그러나, 대규모 부지를 확보하는 것도 어렵고, 대규모부지가 펼쳐져 있는 간척지에는 이러한 에너지공급문제로 스마트팜 단지조성에 어려움을 겪고 있는것이다.                  

이렇게 국가전력공급망이 닿지 않거나 활용가능한 재생에너지원이 많지 않은 새만금이나 서해안 간척지와 같은 지역에서도 이러한 시설의 도입을 통해 대규모 에너지 자립형 스마트팜단지 조성이 가능하다는 점에서 매우 흥미롭다. 

이러한 그린수소 생산시설과 함께 스마트팜이 결합된다면, 100% 에너지자립형 미래농업이 가능할 것이다. 이것이 바로 지속가능한 미래농업의 모습이 될 것이라고 믿는다. 

이인규 · ㈜글로벌스마트팜연구소 대표

▲ 이인규 ㈜글로벌스마트팜연구소 대표

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